福尔摩斯式破案与中学化学探究式教学

周开军

爱因斯坦曾说过：“兴趣是最好的老师。”古人亦云：“知之者不如好之者，好知者不如乐之者。”兴趣对学习有着神奇的内驱动作用，能变无效为有效，化低效为高效。在我国，初中化学教育是学生与化学的第一次接触，因此充分调动学生对化学的兴趣无论对其初中阶段化学知识的掌握还是对其以后的化学学习都有着极为重要的意义。然而，由于化学要“记忆”的知识点多，如果没有合适的引导，学生由最初因化学实验的新奇感而产生的兴趣将逐渐减退。针对这一问题，在教学中，根据教材的具体知识点及教学目的的要求，引入合适的故事情境，诱发学生探索的欲望，将有助于教学的有效开展。

笔者在与学生交流中发现，初中阶段的学生思维活跃，探索性强，尤其对一些悬疑、探案类故事比较感兴趣，比较典型的是大侦探福尔摩斯的故事。2002年英国皇家化学学会决定授予这位家喻户晓的小说主人公福尔摩斯为该学会的特别荣誉会员，以表彰这位“大侦探”将化学知识应用于侦探工作的业绩。针对初中阶段学生的特点，笔者加强了相关知识的补充，引入了福尔摩斯式破案，即使用化学知识来破案的案例到教学中去，取得了很好的效果。具体的执行流程主要包括六个步骤执行：一是教师以要讲授的化学知识为基础，穿插进侦探案例，建立合适的故事情景，调动学生兴趣；二是指导学生阅读课本内容，引导学生提出问题；三是鼓励学生透过观察、测量和实验去回答他们的问题；四是引导学生提出解释和解决策略；午睡引导学生评量其提出的解释和解决策略，建立相关理论；六是鼓励学生进一步拓展。下面笔者列举教学中用到的几个案例执行过程，以供参考。

案例一：硫酸和硫酸铜

硫酸与硫酸铜的性质是初中化学中的一个重要知识点，学生通过学习需要掌握铜与硫酸反应的特点：铜排在金属活动顺序表氢元素之后，所以铜不能和稀硫酸反应；但浓硫酸具有强氧化性，能与铜反应；同时需要知道硫酸铜是有毒物质。这些知识点虽然繁琐难记，但在教学中结合入侦探场景把相关知识点串插进去，则可以极大调动起学生兴趣，加强其记忆深度。

故事情境 在《大侦探福尔摩斯》电影里，反派人物布莱克伍德的父亲被发现死于铜质浴缸内。身为牛津化学系高材生的福尔摩斯，发现浴缸上有残留的结晶，就知道了罪犯使用的化学杀人方法。福尔摩斯说死者看上去只是在铜制的浴盆里泡澡，但其实是中毒。由于罪犯在热的洗澡水中加入了一种无嗅无味的化学物质浓硫酸，使得洗澡水与铜混合后发生了反应。反应时水里冒泡泡，像烧开的水一样，同时生成了高浓度的富含铜离子的溶液。铜虽然不算毒药，但却属于有毒重金属，能抑制中枢神经，人接触高浓度的铜盐溶液，就会丧失活动能力。罪犯正是利用这点，让铜与洗澡水反应，使父亲重金属中毒而亡。

引导学生提出问题 铜与水是不轻易发生反应的，所以有很多日常生活的器皿都用铜打造，那铜是怎么进到水里去的呢？為什么罪犯在洗澡水中加入了浓硫酸后就可以使得洗澡水变成了一盆铜盐溶液呢？

引导学生回答问题 根据故事情境描述的现象“加入浓硫酸后，洗澡水与铜反应时水里冒泡泡，像烧开的水一样，并产生了有毒的铜盐溶液”，引导学生回答现象背后的化学反应：硫酸与铜发生了反应，生产了硫酸铜和一种气体。进一步引导学生提出新的问题：铜排在金属活动顺序表氢元素之后，按道理铜与硫酸是不能反应的，为什么这里铜和硫酸可以反应了呢？

引导学生提出解释和解决策略 结合故事情境里的反应条件，铜、热水、硫酸，引导学生设立实验来观察铜和硫酸反应的条件。让学生分成不同的小组，分别观察在加热条件下不同浓度硫酸与铜的反应情况。

引导学生建立理论 虽然稀硫酸不能和铜反应，但浓硫酸具有强氧化性，硫酸浓度高于一定值之后，在加热条件下即可反应生成硫酸铜，水和二氧化硫气体。

2H2SO4（浓）+Cu=CuSO4+2H2O+SO2↑铜与浓硫酸的反应，并不是酸中H元素的作用，而是S元素的作用，不能用金属活动顺序来解释这个性质。

鼓励学生进一步拓展 利用硫酸与铜反应的特征，能否应用于工业中？引导学生认识工业上从废旧铜电路板回收铜的化学原理，并引导学生回答该化工方法的利弊，对环境的影响等。进一步的，引导学生辨证地分析硫酸铜的作用。尽管硫酸铜具有毒性，其在工业领域和农业领域也大有用途。如工业领域中生产其他铜盐，涂料工业用于生产船底防污漆、电镀工业等。以及在农业领域，与石灰水混合后生成波尔多液，作为杀菌剂等。

案例二：碘的性质

关于碘的知识点有：碘的升华点和熔点比较接近，在常压下加热碘单质，固态的碘不经熔化而直接升华。另外，碘遇淀粉会变色。同样的，如能将这些知识点与断案情节结合起来，则更能加深学生的兴趣和印象。

故事情节 一家拍卖公司报案：他们准备开拍的一枚珍贵邮票被窃了。在案发现场，监控摄像头坏了，看守的老王也死了，几乎找不到什么线索。就在大家都着急的时候，侦探说，在案发现场的封条上有罪犯留下的指纹。指纹在哪？现场大家都张大了好奇的眼睛，明明是一张白纸。侦探找来一瓶碘酒，拿起一个刷子蘸了碘酒，在白纸上轻轻一刷，两个手印就出来了。

引导学生提出问题 为什么罪犯留在封条上的指纹拿碘酒一刷就出来了？

引导学生回答问题 因为封条上有浆糊，浆糊的主要成分是淀粉，淀粉和碘酒发生反应后，指纹就会呈现出来。进一步引导学生：在电影中常常看到办案人员利用指纹破案的情节，如果不是剧情里的情况，指纹不在淀粉上，还有什么办法能得到指纹呢？

引导学生提出解释和解决策略 引导学生使用碘升华的实验来采集指纹。具体操作是，在一张白纸上面用手指按一下，然后把纸上手指按过的地方对准装有少量碘的试管口，并用酒精灯加热试管底部。等到试管中升华的紫色碘蒸汽与纸接触之后，按在纸上的平常看不出来的指纹就会渐渐地显示出来，并可以得到一个十分明显的棕色指纹。

引导学生建立理论 常压下，碘在加热时能够不经过液态直接升华成蒸汽。同时碘还有易溶于有机溶剂的特性。由于指纹含有油脂、汗水等有机溶剂，当碘蒸汽上升遇到这些有机溶剂时，就会溶解其中，因此指纹也就显示出来了。endprint

鼓励学生进一步拓展 目前大家食用的都是加碘盐，大家普遍的做法是在快起锅时加盐。网络上有人说这是为了防止碘的损失。引导学生设计实验实际加热加碘盐来试一下，验证到底会不会有碘元素的损失。进一步地，还可以引导学生概况碘在生活中的作用，如缺乏碘会引起甲状腺肿大。碘及其相关化合物主要用于医药、照相及染料。它还可作为示踪剂，进行系统的监测，例如用于地热系统监测。碘化银除用作照相底片的感光剂外，还可作人工降雨时造云的晶种。碘和碘化钾的酒精溶液即碘酒，是常用的消毒剂；碘仿用作防腐剂。

案例三：二氧化碳的性质

二氧化碳的性质也是初中化学中的一个重要知识点，其典型特征是密度比空气大，不支持燃烧。同样，二氧化碳的教学也可以从福尔摩斯式破案开始。

故事情节 在意大利某地有个奇怪的山洞，人走进这个山洞安然无恙，而狗走进洞里就一命呜呼。因此，当地居民就称之为“屠狗洞”，迷信的人还说洞里有一种叫做“屠狗”的妖怪。为了揭开“屠狗洞”的秘密，一位名叫波尔曼的科学家来到这个山洞里进行实地考察。他在山洞里四处寻找，始终没有找到“屠狗妖”，只见岩洞倒悬了许多的钟乳石，地上有石笋，并且有很多从潮湿的地上冒出来。波尔曼透过这些现象，经过科学的推理终于揭开了其中的奥秘。

引导学生提出问题 原来，这个由大量钟乳石和石笋构成的岩洞，是个石灰岩岩洞。这里，长年累月地进行着一系列的化学反应，积累了大量的二氧化碳，狗因缺乏氧气而窒息死亡。引导学生进一步提出问题，为什么人没事，而狗会死亡？

引导学生回答问题 人和狗进入山洞时所处的高度不同，在山洞底层和高层二氧化碳浓度不同。为什么这样呢？

引导学生提出解释和解决策略 让学生参照教材上的蜡烛熄灭实验，自己动手做一做。倾倒二氧化碳后蜡烛会熄灭；下部的蜡烛先灭。因为二氧化碳比空气重，于是就聚集在地面附近，形成一定高度的二氧化碳层。当人进入洞里，二氧化碳层只能淹没到膝盖，有少量的二氧化碳扩散，人只有轻微的不适感觉，然而处在低处的狗，却完全淹没在二氧化碳层中，因缺乏氧气而窒息死亡，这就是屠狗洞屠狗而不伤人的道理。

引导学生建立理论 引导学生根据蜡烛熄灭得出CO2气体不支持燃烧、也不能燃烧的性质，同时根据实验中下部的蜡烛先熄灭、上部的蜡烛后熄灭的情况得出CO2密度比空气大。

鼓励学生进一步拓展 提出拓展性问题让学生回答：在我国北方地区，都要用地窖储存红薯、蔬菜等，在每次下地窖之前，总是要用一燃着的蜡烛缓缓放到地窖里，你能说说这一做法的原因吗？进一步探究CO2的其他物理性质和化学性质。穿插引导学生概括出CO2在生活中的用途：液态CO2主要用于灭火器，固态CO2用做致冷剂，冷藏食物、人工降雨等，还可制汽水。提问：“CO2含量不大，如果没有可以吗？”追问：“CO2是否越多越好呢？”结合全球变暖以及我国政府的“低碳”政策这样一个话题，发散学生思维，用科学的态度去看待二氧化碳这种气体，使学生更好地去理解化学与技术、生活、环境的关系。过去说到二氧化碳，学生总是认为它是全球变暖的“罪魁祸首”，是一种带有负面情绪的气体。但是利用化学辩证法，可以發现二氧化碳可以在大棚里增施二氧化碳来促进植物的光合作用，还可以利用二氧化碳来制作大家都爱不释手的碳酸饮料等等。通过这些引导和拓展，可教会学生运用科学态度对待任何一种化学物体，不带感情色彩地辩证分析，一切皆可为人类所用。

2014年，教育部印发《关于全面深化改革，落实立德树人根本任务的意见》中多次提出培养学生的科学核心素养。《中学化学课程标准》也提出培养学生运用化学知识和科学方法分析和解决简单问题的能力。“科学素养”在当代中学化学教育中的重要地位可见一斑。笔者前述的福尔摩斯式破案教学范式，其优点在于可引导学生根据所学化学理念、化学知识、化学概念，对生活中的事物进行分析、比较、推测、论证，活用化学知识，进而培养学生的化学思维。通过各种新奇的故事，可强烈地激发学生的好奇感，进而学生们开始自觉地相互讨论、主动地查阅资料，有目的性地去查询新结论背后的原因。达到“充分利用化学教育来提高学生的核心素养，利用核心素养的培育来提升学生运用化学知识的能力”的目的。需要强调的是，在此类教学活动的具体实施中，教师的定位一定要明晰，不能为了讲故事而讲故事。“断案故事”只是开展教学活动的引子，而教学活动中的核心还是“探究”和“引导”。教师需要能很好地组织整个教学活动，恰如其分地引导学生的思考和讨论。在教师引导下的“思考和讨论”的背后实际是对学生科学方法、科学态度、科学观和科学思维习惯等核心科学素养的培养。此外，还需要结合我国新课程改革思想及我国科学技术发展实际情况，拓展学生对科学与技术的差别的认识；对科学、技术在社会生活方面的影响的认识；对人与自然的关系、可持续发展及科学技术对环境影响的认识。只有如此，才可正确地培养学生对科学本质的理解和对社会的责任感，提高其对以科学、技术为基础上的合理决策力。而这也正是一线化学教师培养人才的目标。

（作者单位：安徽省淮北市西园中学）endprint